لماذا يصعب إزالة COD من مياه صرف اللب والورق
تستهلك مصانع اللب والورق ما بين 250 و300 م³ من المياه لكل طن ورق منتج، وهذا يجعل محطة المعالجة من أكبر الأحمال الهيدروليكية على أي موقع صناعي (S3). وتخرج هذه المياه من المصنع محمَّلةً بالسائل المستنفد من عمليات اللب، ورشاحة مصنع التبييض، والمياه البيضاء لآلة الورق، ومياه صرف إزالة الحبر من الألياف المعاد تدويرها، ولكل منها بصمة COD مميزة. ويتركز معظم حمل COD في تيارات الهاضم الكرفتي ومصنع التبييض (حيث سُجِّلت تخفيضات بنسبة 79% و85% في دراسات الترويق الأولي)، في حين تنقل المياه البيضاء لآلة الورق في معظمها الألياف والمواد المالئة المعلَّقة (S3).
المشكلة الكيميائية الحاسمة هي نسبة BOD/COD البالغة 0.15–0.35، وهي أدنى بكثير من نطاق 0.4–0.8 المعتاد في مياه الصرف الغذائي أو البلدي (S4). والنسبة المنخفضة تعني أن معظم الـ COD غير قابل للتحلل البيولوجي: شظايا اللجنين، والمركبات العضوية المكلورة، والعفصيات عالية الوزن الجزيئي. واللون البني الداكن البصمة المرئية لتلك المشتقات نفسها من اللجنين والعفصيات، والحمأة المنشطة التقليدية لا تزيل في الواقع العملي سوى 10–30% من لون الكرافت (S4). وهذا اللون ليس تجميليًا فحسب؛ بل يرتبط بالـ COD المتبقي، ومركبات AOX، واللجنين الذي ينجو من المعالجة الحيوية ويحدد قدرة المصنع على استيفاء تصريح التصريف.
تتفاوت الصورة من تيار إلى آخر. يحمل سائل اللب 60–90% من الـ COD المذاب ومعظم اللون. ويضيف صرف مصنع التبييض مركبات AOX والكلوروفينولات (إزالة 90–99% في المصانع المُدارة جيدًا) ورشاحة عالية اللون. وتتكون المياه البيضاء لآلة الورق في معظمها من الألياف والمواد المالئة المعلَّقة (CaCO₃، طين، TiO₂) مع COD مذاب منخفض. ويقع صرف إزالة الحبر من الألياف المعاد تدويرها بين هذين الطرفين — COD متوسط، ولون متوسط، ومعظمه مواد خافضة للتوتر السطحي وأحبار قابلة للتحلل البيولوجي. ومحطة بيولوجية أحادية المرحلة عاجزة عن استيعاب التيارات الأربعة معًا، وهذا ما يفسِّر وجود سلسلة المراحل الأربع.
آلية إزالة COD: سلسلة المعالجة المكونة من أربع مراحل
تُبنى كل محطة معالجة حديثة لمصنع ورق على شكل سلسلة من أربع مراحل، لأن أي عملية منفردة لا تغطي كامل حمل COD واللون والسمية. وتعمل المراحل بالترتيب الذي تراه المياه: أولية، لاهوائية، هوائية أو غشائية، ثم صقل ثلاثي.
المرحلة 1 — الترويق الأولي أو DAF. تقوم أعمدة التصنيف واسترجاع الألياف، إلى جانب مروِّق أو وحدة التعويم بالهواء المذاب للمعالجة الأولية في صناعة اللب والورق، بإزالة المواد الصلبة المعلَّقة من ألياف ومواد مالئة والجزء الجسيمي من COD. وتتراوح إزالة COD المعلَّق عادةً بين 10% و30% (S3، S4). ويُفضَّل DAF للمياه البيضاء لمصنع الورق لأنه يطفو الألياف منخفضة الكثافة، بينما يتولى المروِّق التعامل مع الحصى والمواد المالئة عالية الكثافة.
المرحلة 2 — لاهوائية. تتولى مفاعلات UASB أو EGSB COD المذاب عالي التركيز الذي ينجو من المعالجة الأولية. وأبلغ Chinnaraj وVenkoba Rao (2006) عن إزالة COD بنسبة 80–93% من صرف مصنع لب وورق قائم على المنتجات الزراعية في UASB (S3). وقيمة المفاعل الأساسية مزدوجة: يزيل الجزء الأكبر من COD القابل للتحلل البيولوجي دون تهوية، ويولِّد غازًا حيويًا يغطي جزءًا من طلب المصنع على البخار.
المرحلة 3 — هوائية أو MBR. تقوم الحمأة المنشطة، أو MBBR، أو المفاعل الحيوي الغشائي MBR لصرف صناعة اللب والورق بصقل الصرف اللاهوائي. ويمنح AS إزالة COD بنسبة 60–95% (S3)، ويمنح MBBR إزالة COD بنسبة 50–70% في التشغيل المستقل (S3)، وتوفر طرازات MBR إزالة COD بنسبة 72–99% بما في ذلك MBR اللاهوائي المغمور (83% COD) وMBR بالطبقة الثابتة (92–99% COD) (S3).
المرحلة 4 — التجلط الثلاثي بـ PAC/PAM. يتعامل تجلط كلوريد البولي ألمنيوم مع تخثير البولي أكريلاميد الأنيوني مع اللون المتبقي واللجنين وأي COD ينجو من المعالجة الحيوية. وتتراوح الجرعات بين 100 و400 ملغ/لتر من PAC و1–3 ملغ/لتر من PAM عند pH 5.5–7.0، فتُحقق إزالة COD إضافية بنسبة 30–60% وإزالة لون بنسبة 70–90% بعد المعالجة الحيوية (S4). ويقارن القسم التالي بين المراحل الأربع مباشرةً.
أداء كل مرحلة: إزالة COD ومعايير التشغيل
يجمع الجدول التالي نطاقات الأداء الرقمية وملاحظات التشغيل لكل مرحلة. وتمثل قيم COD الداخل والخارج نوافذ التشغيل المعتادة لمصانع الكرافت والألياف المعاد تدويرها بناءً على الدراسات في S3؛ وتفترض الإزالة التراكمية تشغيل المراحل على التوالي مع موازنة وسيطة مناسبة.
| المرحلة | COD الداخل النموذجي (ملغ/لتر) | COD الخارج النموذجي (ملغ/لتر) | إزالة COD | المعدات الرئيسية | ملاحظة الطاقة/المساحة |
|---|---|---|---|---|---|
| أولية — DAF أو مروِّق | 2,000–8,000 (خام) | 1,500–6,000 | 10–30% (COD المعلَّق) | خلية DAF، مروِّق أولي، مصفاة استرجاع الألياف | طاقة منخفضة؛ مساحة صغيرة لـ DAF؛ يُستعاد ليف قابل للبيع |
| لاهوائية — UASB / EGSB | 3,000–8,000 | 300–1,000 | 80–93% (S3، Chinnaraj وVenkoba Rao 2006) | مفاعل UASB أو EGSB، حامل غاز، فرشة حمأة | بلا طاقة تهوية؛ ينتج غازًا حيويًا يعوِّض البخار؛ مفاعلات طويلة، مساحة متوسطة |
| هوائية — AS (CAS) | 300–1,000 (بعد اللاهوائية) | 30–200 | 60–95% COD؛ 95–99% BOD؛ 97% TSS (S3) | خزان تهوية، مروِّق، حلقة RAS | التهوية أكبر مستهلك للطاقة؛ مساحة كبيرة؛ حساس للنتوء |
| هوائية — MBBR | 500–2,000 | 150–800 | 50–70% مستقل؛ تصل إزالة السمية إلى 98% عند حمل عضوي 25 كغ COD/م³·يوم (S3) | مفاعل الأغشية الحيوية ذات الطبقة المتحركة، مصفاة، مروِّق | بلا إعادة حمأة؛ خزانات أصغر من CAS؛ يعتمد على الأغشية الحيوية |
| هوائية/MBR — طرازات MBR | 300–2,000 | 10–150 | 72–99% عبر الطرازات؛ FBMBR 92–99% (S3) | خزان غشائي بأغشية PVDF MF/UF بمسام 0.1–1 ميكرومتر | مساحة أصغر بنحو 60% من CAS؛ CAPEX أعلى؛ يلزم التحكم بتلوث الأغشية |
| ثلاثية — PAC + PAM | 30–200 (بعد البيولوجيا) | 10–80 | 30–60% COD إضافي؛ 70–90% لون (S4) | خلاط سريع، خزان تلبيد، خزان ترسيب أو مرشح، منصة حقن متحكم بها بـ PLC | كلفة المواد الكيميائية هي المهيمنة؛ مساحة متواضعة؛ حجم حمأة يحتاج معالجة |
نمطان يستحقان الإشارة. أولًا، أكبر انخفاض أحادي لـ COD يحدث في المرحلة اللاهوائية، لا الهوائية. ثانيًا، تُقلِّص طرازات MBR الفجوة إلى COD خارج أقل من 50 ملغ/لتر لا تستطيع AS الوصول إليها وحدها، وهذا ما جعل مسار MBR الخيار الافتراضي للمصانع ذات حدود اللون وAOX الصارمة. ويكشف الجدول أيضًا المقايضة في الطاقة: التوفير اللاهوائي يأتي على حساب مفاعل أطول، بينما توفير المساحة في MBR يأتي على حساب استبدال الأغشية وتنظيفها.
الاختيار بين الحمأة المنشطة وMBBR وMBR لصرف صناعة اللب والورق
تُعدُّ الخطوة الحيوية أعلى قرار أثرًا في السلسلة، لأنها تحدد الحد الأدنى الذي تعمل الكيمياء الثلاثية تحته. وللخيارات الثلاثة المتوفرة ملفات تكلفة ومساحة متباينة تمامًا.
الحمأة المنشطة التقليدية (CAS). التكلفة الرأسمالية الأدنى بين الثلاثة، وإزالة COD بنسبة 60–95% قابلة للتحقق في الدراسات المنشورة (S3). والعيب في المساحة: خزان تهوية مُصمَّم لحمل BOD نموذجي بعد اللاهوائية، مع مروِّق ثانوي وضخ RAS/PRAS، يستهلك حصة كبيرة من الأرض، والعملية حساسة للنتوء والرغوة والصدمات السمية من ارتفاعات مصنع التبييض. ويصلح CAS حين تتوافر للمصنع أرض، وتكون حدود التصريف معتدلة (مثلًا 100–250 ملغ/لتر COD)، ويكون الداخل مستقرًا.
المفاعل ذو الأغشية الحيوية المتحركة (MBBR). أزال pilot عام 1994 سمية بنسبة 98% وCOD بنسبة 70% عند حمل عضوي 25 كغ COD/م³·يوم (S3)؛ وحقق pilot لورق الأخبار عام 1997 إزالة COD بنسبة 65–75% وBOD بنسبة 85–95% عند HRT بين 4 و5 ساعات (S3). لكن MBBR كامل النطاق بصرف مدمج لم يتجاوز 50% SCOD و21.53% COD عند تغذيته بتيار مدمج من اللب ومنشأة الطاقة واستخلاص المواد الكيميائية (Das وNaga 2011، في S3). وهذه الفجوة بين الـ pilot والنطاق الكامل ذات بال: إذ لا يحقق MBBR وحده الحدود الصارمة دون كيمياء صقل.
المفاعل الحيوي الغشائي (MBR). تشمل الطرازات MBR اللاهوائي المغمور (83% COD)، وMBR بالطبقة الثابتة (92–99% COD)، وMBR المقترن بأكسدة متقدمة (90%+ COD مع صقل بالأوزون) وفقًا لـ S3. وتحتفظ أغشية PVDF بمسام 0.1–1 ميكرومتر بكل الكتلة الحيوية تقريبًا ومعظم الغرويات، فينتج صرف نظيف صالح لإعادة الاستخدام. وتبلغ المساحة نحو 60% من مساحة CAS، لكن CAPEX الأغشية وتهوية الكنس والتنظيف الكيميائي (CIP) ترفع OPEX.
قاعدة القرار: إذا كان حد التصريف أقل من 50 ملغ/لتر COD، أو كان اللون وAOX منظمين، أو كانت المساحة محدودة في المصنع، فاختَر MBR. وإذا توافرت أرض وكان الحد بين 100 و250 ملغ/لتر COD، فإن MBBR أو CAS مع PAC ثلاثي سيحققان الإزالة المطلوبة بتكلفة إجمالية أدنى. وفي الحالتين، فإن منصة حقن PAC وPAM المتحكم بها بـ PLC اللاحقة هي ما يُغلق فجوة اللون وCOD المتبقيتين بعد البيولوجيا.
التجلط الثلاثي: جرعة PAC، وpH، واختيار البوليمر
يأتي من التجلط الثلاثي آخر 30–60% من COD و70–90% من اللون المتبقي، وهو الخطوة التي تحوِّل الصرف ذا اللون البني الداكن الخارج من المعالجة الحيوية إلى تصريف ذي لون أصفر فاتح يستوفي المعايير الصارمة (S4). وأهم معاملين هما pH وقاعدية PAC.
يحتوي PAC عالي القاعدية (60–75% قاعدية بوصفها Al₂O₃) على نسبة أعلى من أنواع الألمنيوم البوليمرية عالية الشحنة، فيعزز تحييد الشحنة لغرويات اللجنين سالبة الشحنة (S4). وتبلغ نافذة pH المثلى 5.5–7.0، ويبلغ كثير من المصانع أفضل النتائج عند pH 6.0–6.5 (S4). وخارج هذه النافذة، تهبط إزالة اللون بشكل حاد لأن أنواع الألمنيوم تتحول إلى أشكال أقل شحنة تتلبَّد بشكل سيئ.
يقابل الجدول التالي أهداف إزالة اللون بجرعة PAC وإزالة COD المتوقعة وجرعة PAM المساندة. استخدِمه نقطة بداية لاختبارات الجرة، ثم تحقَّق من النتائج على صرف المصنع الفعلي.
| هدف إزالة اللون | جرعة PAC (ملغ/لتر) | إزالة COD الإضافية المتوقعة | جرعة PAM (ملغ/لتر) | pH التشغيل |
|---|---|---|---|---|
| متوسط (50–70%) | 100–200 | 30–40% | 1–2 | 6.0–7.0 |
| عالٍ (70–85%) | 200–300 | 40–55% | 2–3 | 5.5–6.5 |
| صارم (80–95%) | 250–400 | 50–60% | 2–3 | 5.5–6.0 |
يُقرَن البولي أكريلاميد الأنيوني بجرعة 1–3 ملغ/لتر مع PAC لتكوين ندف أكبر وأسرع ترسيبًا وللتقليل من الألمنيوم المتبقي في الصرف النهائي (S4). ويُتجنَّب PAM الكاتيوني عادةً في هذا التطبيق لأنه يزيد من حمل المواد الصلبة المذابة وقد يضر بإعادة الاستخدام لاحقًا. ويجب أن يكون الحقن متحكمًا به عبر PLC مع مراقبة pH والتيار الكهربائي عبر الإنترنت — فالجرع اليدوي ينحرف خلال ساعات وينهار معه أداء إزالة اللون. ويحدث الترسيب في خزان ترسيب عالي الكفاءة مخصص أو مرشح رملي، بحسب هدف TSS المتبقي.
إطار الاختيار لعام 2026: مطابقة السلسلة لمصنعكم
تغطي الملفات العددية الأربعة التالية الطرازات التي سيراها فريق المشتريات في أغلب عروض الموردين لعام 2026. ويفترض كل منها DAF أولي، والفرق فيما يُوضع بين DAF والكيمياء الثلاثية.
مصنع لب عذراء كرفت أو سلفايت بحدود صارمة للون وAOX. DAF أولي ← UASB أو EGSB ← MBR ← PAC/PAM ثلاثي. إزالة COD إجمالية متوقعة 95–99% مع COD خارج عادةً أقل من 50 ملغ/لتر ولون في نطاق Pt-Co المنخفض. أعلى CAPEX وOPEX، لكنه الطراز الوحيد الذي يستوفي باستمرار صرامة حدود BPT وBAT بموجب EPA 40 CFR Part 430 لمصانع الكرافت المبيَّضة ومعايير اللون وAOX بموجب التوجيه الأوروبي للانبعاثات الصناعية 2010/75/EU.
مصنع ألياف معاد تدويرها (RCF) أو إزالة حبر بحدود معتدلة. DAF أولي ← AS أو MBBR ← صقل PAC. إزالة COD إجمالية متوقعة 80–90% مع COD خارج في نطاق 100–200 ملغ/لتر. CAPEX أدنى، واستهلاك كيميائي أقل، ومسار تنظيمي أبسط. وهو الخيار الصحيح حين يكون COD الداخل واللون معتدلين أصلًا لأن اللجنين أُزيل في خطوة اللب الأولية (S4).
مصنع لب غير مبيَّض أو ميكانيكي بأرض متاحة. DAF أولي ← حوض تثبيت مهوَّى (ASB) ← صقل PAC. حققت ASB في الدراسات المُشار إليها إزالة COD بنسبة 67% وBOD بنسبة 90% تحت إضافة النيتروجين، ونسبة 84–88% COD في تجارب أحدث (S3). أقل CAPEX بين الخيارات، لكن المساحة كبيرة والأداء حساس للحرارة.
تظل المقايضة ثابتة: كل مرحلة مضافة ترفع CAPEX وOPEX وتخفض COD واللون المتبقيين. ويساعد الإطار أعلاه على تحديد موقع الاختناق الفعلي. وبالنسبة للمصانع التي تقيِّم DAF مقابل مروِّق أولي في رأس السلسلة، فإن مقارنة DAF بالمروِّق للمعالجة الأولية في مصنع الورق تتناول القرار خطوة بخطوة. ولمحة أوسع عن خيارات الصقل بعد PAC، فإن دليل اختيار المعالجة الثلاثية لمياه الصرف يغطي الترشيح الرملي والكربون المنشط وبدائل AOP.
الأسئلة الشائعة
ما إزالة COD الإجمالية التي يمكن أن تحققها محطة معالجة لب وورق من أربع مراحل؟
تحقق سلسلة من أربع مراحل (DAF أو مروِّق أولي، UASB أو EGSB لاهوائي، هوائي أو MBR، PAC/PAM ثلاثي) إزالة COD إجمالية بنسبة 95–99% بشكل روتيني، مع صرف نهائي يقل عادةً عن 50 ملغ/لتر COD لمصانع الكرافت المبيَّضة العاملة بموجب EPA 40 CFR Part 430 أو التوجيه الأوروبي للانبعاثات الصناعية 2010/75/EU. وتسهم المرحلة اللاهوائية بأكبر انخفاض أحادي (80–93% COD)، ويضيف التجلط الثلاثي بـ PAC نسبة 30–60% أخرى على المتبقي (S3، S4).
ماذا تعني نسبة BOD/COD البالغة 0.15–0.35 للمعالجة الحيوية؟
تعني نسبة BOD/COD البالغة 0.15–0.35 أن 65–85% من COD الداخل غير قابل للتحلل البيولوجي، ويتألف في معظمه من شظايا اللجنين، والمركبات العضوية المكلورة، والعفصيات عالية الوزن الجزيئي (S4). ويفرض ذلك سلسلة هجينة: تتولى البيولوجيا اللاهوائية والهوائية الجزء القابل للتحلل، بينما يُزال الجزء غير القابل للتحلل بالترويق الأولي أو الفصل الغشائي أو التجلط الثلاثي. وانخفاض نسبة BOD/COD هو السبب في أن الحمأة المنشطة التقليدية وحدها نادرًا ما تصل بأقل من 100–200 ملغ/لتر COD خارج على صرف الكرافت.
ما جرعة PAC وإزالة COD المتوقعتان من التجلط الثلاثي؟
تُحقِّق جرعات PAC البالغة 100–400 ملغ/لتر عند pH 5.5–7.0 إزالة COD إضافية بنسبة 30–60% وإزالة لون بنسبة 70–90% بعد المعالجة الحيوية، مع PAM أنيوني بجرعة 1–3 ملغ/لتر يدعم تكوين الندف (S4). تحتاج أهداف اللون المعتدلة (50–70%) عادةً 100–200 ملغ/لتر PAC، بينما تتطلب الأهداف الصارمة (80%+) 250–400 ملغ/لتر PAC. ويُفضَّل PAC عالي القاعدية (60–75% قاعدية) لارتفاع نسبة أنواع الألمنيوم البوليمرية فيه.
كم من COD يُزيل مفاعل UASB في تطبيقات اللب والورق؟
تُحقِّق مفاعلات UASB وEGSB إزالة COD بنسبة 80–93% على صرف مصانع اللب والورق القائمة على المنتجات الزراعية والكرافت، وتُخفض COD الداخل البالغ 3,000–8,000 ملغ/لتر إلى 300–1,000 ملغ/لتر (Chinnaraj وVenkoba Rao 2006، في S3). والميزة الطاقية هي السبب الرئيسي لتقديم اللاهوائية على الهوائية: UASB بلا تهوية ويولِّد غازًا حيويًا يعوِّض طلب المصنع على البخار، بينما تُعدُّ تهوية الهوائية عادةً أكبر بند OPEX فردي في محطة معالجة مصنع ورق.
أي اللوائح تحكم تصريف صرف صناعة اللب والورق؟
تعمل المصانع الأمريكية بموجب EPA 40 CFR Part 430 (إرشادات صرف اللب والورق والورق المقوى)، الذي يحدد حدود BPT وBAT وBCT للملوثات التقليدية ويضيف معايير متخصصة لتيارات التبييض. وتعمل المصانع الأوروبية بموجب التوجيه الأوروبي للانبعاثات الصناعية 2010/75/EU، الذي يحدد نطاقات BAT-AEL لـ COD واللون وAOX وTSS. ويدفع كلا الإطارين نحو سلاسل من أربع مراحل تجمع MBR أو تهوية حيوية محسَّنة مع تجلط ثلاثي لمصانع الكرافت المبيَّضة.
